Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 28, Numéro C1, Février 1967
COLLOQUE SUR LES PHONONS ET HYPERSONS
Page(s) C1-129 - C1-134
DOI http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1967116
COLLOQUE SUR LES PHONONS ET HYPERSONS

J. Phys. Colloques 28 (1967) C1-129-C1-134

DOI: 10.1051/jphyscol:1967116

GÉNÉRATION D'ONDES ÉLASTIQUES PAR PRESSION DE RADIATION LASER

M. BRUMA

C. N. R. S., Laboratoires de Bellevue, France.


Résumé
Des expériences récentes, effectuées aux Laboratoires du C. N. R. S. à Bellevue, ont permis la détection d'ondes élastiques initiées par la pression de radiation Laser dans divers échantillons métalliques. Une technique simple consiste à utiliser des barreaux cylindriques à faces planes parallèles (l'équivalent acoustique du Fabry-Pérot) l'une des faces étant irradiée par l'impulsion Laser, tandis que l'autre face est solidaire d'un détecteur piézoélectrique, par exemple un disque mince de titanate de barium, dont on affiche la réponse sur un tube cathodique : on constate l'apparition d'un train d'oscillations caractéristiques du phénomène de battements entre ondes élastiques de fréquences différentes. La fréquence la plus élevée (f) est déterminée par le diamètre (D) du barreau, et indépendante de la longueur, suivant l'expression : f.D = V, caractéristique d'une onde élastique transversale se propageant à la vitesse V, qu'il est possible de déterminer expérimentalement par le rapport entre la longueur (L) du barreau et le retard (Ɗt) séparant l'impulsion Laser de la réponse initiale du détecteur piézoélectrique. Les mesures effectuées sur des barreaux longs (L = 300 cm) en acier inoxydable et en aluminium sont en bon accord avec les valeurs conventionnelles des vitesses de propagation des ondes élastiques transversales dans les matériaux mentionnés. L'ensemble de ces résultats montre que la pression exercée par irradiation Laser de surfaces métalliques réfléchissantes provoque l'apparition d'ondes élastiques se propageant à l'intérieur de l'échantillon irradié, ondes dont les fréquences sont déterminées par la géométrie de l'échantillon d'une part, et la vitesse de propagation du son dans la matière considérée d'autre part.


Abstract
Evidence is presented of elastic waves induced in metals when irradiated with pulsed laser beams. The experimental technique is based on the acoustic equivalent of the Fabry-Perot resonator : a metal rod with plane, parallel, polished end faces. A piezoelectric transducer (ceramic disc), is attached to one face, the opposite face being irradiated by the laser beam. Variations of rod length, diameter, reflectivity of the irradiated face, also of the energy, time duration, power and cross section of the incident laser pulse are correlated with the response of the piezoelectric transducer on the screen of a double beam oscillograph. Results are presented for metal rods of a length up to 300 cm and diameter up to 2.5 cm, irradiated with conventional and Q-switched Ruby Laser pulses of 1 to 10 joules energy, focused and unfocused. The elastic waves, detected with bariurn titanate, also with PTZ discs, appear as beats between components of different frequencies. The highest frequency component (f) is correlated with the rod diameter (D) and independant of the rod length, following the relation : f.D = V, for transverse elastic wave propagation. The velocity at which the elastic wave travels down the rod (V) is given by the ratio of the rod length (L) to the time delay (Ɗt) between the laser pulse and the initial response of the piezoelectric transducer. Experimental data obtained with long rods (L = 300 cm) of stainless steel and aluminium are in good agreement with conventional values for transverse elastic wave velocity. This, and other results, shows that radiation pressure, exclusive of thermal effects, is responsible for elastic wave generation in metals irradiated by a pulsed laser beam.